高一物理必修一第一章总结.doc

第一章 运动的描述一、质点、参考系和坐标系本章章首语中有一句最核心的话：“物体的空间位置随时间的变化称为机械运动”，即“机械运动”（以后往往简称为运动）的定义。“质点”，就是其中“物体”的一种最简单模型；而“参考系、坐标系”是确定位置及其变化的工具。质点：在某些情况下，在研究物体的运动时，不考虑其形状和大小，把物体看成是一个具有质量的点，这样的物体模型称为“质点”。需要注意的是： “质点”是一种为了研究方便而引入的“理想模型”，是一种最简单的模型（以后还会遇到刚体模型、弹性体模型、理想流体模型、理想气体模型等等）。 既然是模型，就不可能在任何情况下都能够代替真实的物体。因此，要通过教材、例题及习题，知道什么情况下可以用质点模型，要逐渐积累知识，而不必一开始就去死记硬背。参考系：为了研究物体的运动，被选来作为对照（参考）的其他物体称为“参考系”。（以前的中学物理教科书上称为“参照物”，也很直观易懂。）研究物体运动时需要参考系的意义在于： 有了参考系，才能确定物体的位置；选定了参考系后，才能知道和研究物体的运动。试设想，在茫茫的大海里，水天一色，如果没有太阳或星辰作参考，水手根本无法确定自己船舰的位置和向什么方向运动。 参考系选得不同，则对同一个物体的运动作出的结论也不同（见课本和后面例题）。通常在研究地面上物体的运动时，如果不声明参考系，则默认以地面为参考系。坐标系：为了定量研究运动，必须在参考系上建立坐标系，这样才能应用数学工具来研究运动。如果物体沿直线运动，可以在这条直线上规定原点、正方向和单位长度，即以这条直线为坐标轴（x轴）。这样物体的位置就可以用一个坐标值（x）来确定。如果物体在一个平面内运动，则需要建立平面坐标系。用两个坐标值（x，y）来确定物体的位置。二、时间和位移1如果用一条数轴表示时间，则时刻t就是时间轴上的一个点 ，时间间隔t就是时间轴上的一段线段。但是在日常语言中，我们用语比较混淆，大都不加区别地说成时间。如“时间还早”里的时间，就是时刻；说“一堂课时间有45分钟”，则是指时间间隔；有时“时间”又是指与“空间”对偶的概念无限的时间轴的整体。因此我们在看书时要结合上下文正确理解。2位移：从初位置到末位置的有向线段，叫做位移。它是表示位置变动（变化）的物理量。位移既有大小又有方向，它是一个矢量。矢量相加和标量相加遵从不同的法则（见后面“力的合成”）。物体只有作单一方向的直线运动时，位移大小才等于路程，一般情况下位移大小不大于路程。3很多同学可能对物理学里引入“位移矢量”来研究运动觉得迷惑不解。当物体作曲线运动时，位移直线段与走过的“路径轨迹”完全不同，位移大小跟“路程”数值也大不相同，尤其是当物体走一封闭曲线如一圆周时，路程可以很大，而位移却总是为零，有人觉得很荒谬。其实这只是初学时的一种错觉，物理学家也是经过长期研究才克服“常识思维”的桎梏找到“位移”这个有效的物理量的。确实，人走路的劳累程度、汽车耗油的多少是跟路程大小有关，但是只有位移才能仅由初、末位置唯一确定。而研究物体运动的目的就是找到“确定物体在任意时刻的位置”的方法。注:无论物体是作直线运动还是曲线运动，一段“无限小”的运动，其位移与路径总是可以看成重合，而用“高等数学”工具来研究物理，都是从研究“无限小运动”着手，因此，位移也可以用来研究曲线运动。4如果是直线运动，则位移x和初、末位置坐标x1 、x2的关系十分简单：x=x2 - x1。而且此式有着丰富的含义：x的数值表示位移的大小，x的正负表示位移的方向正表示位移x的方向与x轴的正方向相同，负表示位移x的方向与x轴的正方向相反。三、运动快慢的描述速度1速度的物理意义是“描述物体运动快慢和方向的物理量”，定义是“位移与发生这个位移所用的时间之比”，即。速度是矢量。2上面式子所给出的其实是“平均速度”。对于运动快慢一直在变化的“非匀速运动”（又叫变速运动），如果要精确描述物体每时每刻运动的快慢程度，就必须引入“瞬时速度”这个概念。当t非常小（用数学术语来说，t0）时的就可以认为是瞬时速度。也就是说，要真正理解瞬时速度概念，需要数学里“极限”的知识，希望同学们结合数学相关内容进行学习。3速度是矢量，与“速度”对应的还有一个“速率”的概念。按书上的说法，速率（瞬时速率）就是速度（瞬时速度）的大小。它是一个标量，没有方向。不过，日常生活中人们说的速度其实往往就是速率（日常语言词汇中几乎没有速率这个词）。*其实速率的原始定义是“运动的路程与所用时间之比”，而不是“位移与所用时间之比”，在物体作曲线运动时，“平均速率”与“平均速度的大小”通常并不相等（因为在作曲线运动时，路程是曲线轨迹的长度，比位移直线长，“平均速率”总是比“平均速度的大小”要大些）。但是，在发生一段极小的位移时，位移的大小和路程相等，所以瞬时速度的大小就等于瞬时速率。因此书上的说法只能理解成“瞬时速率就是瞬时速度的大小”。四、实验：用打点计时器测速度1学习中学实验室里测速度的常用仪器电磁打点计时器和电火花计时器的构造、原理和使用方法，学习用计时器测量瞬时速度的方法。本节还学习了用图像表示速度，即速度-时间图像。测量瞬时速度的方法和速度-时间图像是重点。速度图像的理解也是难点。2打点时间间隔T与所用交流电的频率f的关系是：T=1/ f。50Hz交流电时，每隔0.02s打一次点。3利用打点纸带测量速度的方法就是应用速度的定义式“”。但是，这样得到的其实是平均速度，只有当时间t很小的情况下，算出的v才能认为是瞬时速度。4教材的图1.4-5中，测E点的瞬时速度时用了位移DF与对应时间（为3T，0.06s）之比，但DE和EF的时间不等（前者小，后者大，为1：2）。其实，为了减小误差，在求E点速度时，最好使E点处于所用位移的中间时刻（在图1.4-5中，只要取原来的F点左边一点为F点）。特别是我们以后马上要学习的匀变速直线运动，这样做的话，从理论上讲，没有系统误差。5以时间t为横坐标、瞬时速度v为纵坐标，画出的表示物体速度随时间变化关系的图线，称为速度-时间图线（v-t图线），简称速度图线（或速度图像）。五、速度变化快慢的描述加速度1加速度的物理意义：反映运动物体速度变化快慢的物理量。加速度的定义：速度的变化与发生这一变化所用的时间的比值，即a =v/t=(v2-v1)/t。加速度是矢量。加速度的方向与速度方向并不一定相同。2加速度与速度是完全不同的物理量，加速度是速度的变化率。所以，两者之间并不存在“速度大加速度也大、速度为0时加速度也为0”等关系，加速度和速度的方向也没有必然相同的关系，加速直线运动的物体，加速度方向与速度方向相同